高压输电塔覆冰承载能力分析及塔型优化.pdf

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1、第13卷第9期Vo1．13．No．92013仨9月September，2013吉问压输电塔覆冰承载能力分析及塔型优化王峰田，魏国良，颜庆智(1_山东垦利石化有限公司，山东东营257500；2．中国石油大学(华东)，山东青岛266580)摘要：采用湖南郴州王仙岭地区的一座500KV线路ZB酒杯型直线塔的工程实际数据，采用空间桁架理论，在ANSYS中建立有限元模型，并验算输电塔塔架在其自重、覆冰荷栽，风荷载和导线张力的共同作用下塔架的承载能力。在不同科的工况下得出输电塔塔架中相对薄弱的位置，薄弱位置在塔颈和塔身处，并对其进行优化设计。对比优化前后的输电塔T塔架，承载能力得到很大

2、提高。技关键词：输电塔；覆冰；风荷载；承载能力；塔型优化中∞图分类号：TU279．7+44文献标志码：A文章编号：1671—1807(2013)09—0151—04和y产在2008年冰冻灾害期间，受灾的输电塔线路覆材和辅助材料均采用Q235B角钢。冰厚度达到30ram，有些覆冰最厚的地区已经达1．2有限元模型的建立业到了60mm；荷载施加在塔架上的作用值远远大于塔斌架的设计值，引起大面积的输电塔倒塌破坏。根据国家电网电力研究与设计研究所的调查数据可知L1]，5O0kV线路输电塔倒塌的情况中，酒杯型输电塔倒塌的数量最多，占总数的36．2。本文通过采用湖南郴州王仙岭地区的一座5

3、00KV线路ZB酒杯型直线塔的工程实际数据，采用空间桁架理论，在有限元分析软件ANSYS中建立有限元模型，用梁单元来模拟塔架杆件，并验算输电塔塔架在其自重、覆冰荷载，风荷载和导线张力的共同作用下塔架的承载能力。在三种不同的工况下确定出输电塔塔架中相对薄弱的位置，并对其进行优化设计。其中三种工图1输电塔有限元模型况组合分别为10mm覆冰和15m／s风速的组合、本文对输电塔进行结构分析时，只考虑了输电塔20ram覆冰和20m／s风速的组合、40ram覆冰和的自重荷载、风荷载、覆冰荷载以及导、地线对塔架的30m／s的组合；并根据实际情况在每种工况组合里又张力作用；由于建模时忽略了

4、塔架上节点板、绝缘子考虑了风向分别为0。、45。和90。时输电塔线路正常运串、垫板等的重量，所以对输电塔的钢材材料密度放行和一边导线断线的情况。大1．45倍_2]。考虑覆冰荷载时，把覆冰荷载和输电1输电塔有限元模型的建立塔本身的自重同时加载到输电塔的整体模型上，风荷1．1实际工程状况载和导、地线对塔架的张力简化成静力荷载作用到塔本文采用湖南郴州王仙岭地区的一座500KV线架模型的相应节点上l_3]。路ZB酒杯型直线塔的工程实际数据来建立输电塔1．3建模过程中需要注意的事项的有限元模型，该输电塔架呼高为36m，塔高为39m，建模的时候需要注意的是，在采用Beam188梁根开是

5、7．250m，塔架主材采用Q345B角钢，所有斜单元建立模型时，网格划分之后若不加任何处理，输收稿日期：2013—05—30作者简介：王峰田(1973一)，男，山东东营人，山东垦利石化有限公司工程师，本科，研究方向：工程设计和管理；魏国良(1987一)，男，山东菏泽人，中国石油大学(华东)硕士研究生，研究方向：钢结构工程；颜庆智(1962一)，男，山东青岛人，中国石油大学(华东)教授，力学博士，研究方向：工程可靠度研究。’151高压输电塔覆冰承载能力分析及塔型优化得到了塔架各个杆件的应力应变值。对三种工况下的计算结果进行提取分析，得出以下结论。3．1覆冰10mm、风速15m

6、／s的工况下该种工况下，输电塔正常运行时，在三种风向角下输电塔塔架的塔腿和塔身的杆件应力值普遍比塔颈和横担处的杆件应力值小；且应力值在从塔身到塔颈过渡时发生突变。输电塔在一边导线断线的情况，各个高度段的杆件应力值比正常运行情况下的杆件应力值有明显的增大。在该工况下，即所有杆件的应力值都小于所用钢材Q345的设计强度。最大应力出现在断线情况塔颈处，为261MPA；最大位移出现正常运行睛况断线情况在断线情况地线悬挂顶点处，为222．8ram。通过分析，该种情况下塔架的相对薄弱部位在塔颈处。图4输电塔薄弱部位出现的位置3．2覆冰20mm、风速20m／s的工况下4塔型优化及验算对比

7、输电塔正常运行时，在三种风向角下输电塔塔架通过上述内容得知，本文采用的输电塔塔架承受杆件应力值都没有超出角钢Q345钢材的屈服强度。能力只能达到在20ram覆冰以及风速为2Om／s的环输电塔在一边导线断线的情况下，仅在9O。风向时，境荷载情况，其中9O。风向一边导线断线的情况时，杆件的最大应力达到377MPa，位于塔颈的位置，其应输电塔塔架杆件就会进入屈服状态，造成整个塔架的力值超过了Q34S钢材的屈服强度值，进入了屈服阶失稳破坏，且在45。风向时也即将有杆件进入屈服状段，导致输电塔此处的受力平衡体系遭到破坏。最大